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The term “green networking” refers to energy-efficient networking technologies and products, while minimizing resource usage as possible. This thesis targets the problem of resource allocation in small cells networks in a green networking context. We develop algorithms for different paradigms. We exploit the framework of coalitional games theory and some stochastic geometric tools as well as the crowding game model. We first study the mobile assignment problem in broadcast transmission where minimal total power consumption is sought. A green-aware approach is followed in our algorithms. We examine the coalitional game aspects of the mobile assignment problem. This game has an incentive to form grand coalition where all players join to the game. By using Bondareva-Shapley theorem, we prove that this coalitional game has a non-empty core which means that the grand coalition is stable. Then, we examine the cost allocation policy for different methods. In a second part, we analyze a significant problem in green networking called switching off base stations in case of cooperating service providers by means of stochastic geometric and coalitional game tools. The coalitional game herein considered is played by service providers who cooperate in switching off base stations. We observed the Nash stability which is a concept in hedonic coalition formation games. We ask the following question: Is there any utility allocation method which could result in a Nash-stable partition? We address this issue in the thesis. We propose the definition of the Nash-stable core which is the set of all possible utility allocation methods resulting in stable partitions obtained according to Nash stability. We finally consider games related to the association of mobiles to an access point. The player is the mobile which has to decide to which access point to connect. We consider the choice between two access points or more, where the access decisions may depend on the number of mobiles connected to each access points. We obtained new results using elementary tools from congestion and crowding games. Last but not least, we extend our work to cooperative transmissions. We formulate the partner selection problem in cooperative relaying based on a matching theoretic approach. Partner selection is described as a special stable roommate problem where each player ranks its partners by some criterion. We adapted Irving’s algorithm for determining the partner of each player. We introduced a decentralized version of the Irving’s algorithm., Le terme “réseau vert” ou pour éviter une traduction directe, “réseau propre” repose sur la sélection de technologies et de produits réseaux économes en énergie, et garantissant un usage minimal des ressources quand cela est possible. Cette thèse vise à étudier les problèmes d’allocation des ressources dans les petits réseaux de cellules dans un contexte de réseau propre. Nous développons des algorithmes pour différents paradigmes. Nos travaux reposent principalement sur le contexte de la théorie des jeux de coalition, mais également sur des outils de géométrie stochastique ainsi que d’un modèle de jeu de surpeuplement. Nous étudions tout d’abord le problème d’association de mobiles à des stations de base dans les applications de diffusion d’un flux commun, sous contrainte de minimisation de la consommation d’énergie totale: nos algorithmes suivent une approche préservant l’énergie. Nous examinons le problème d’association des mobiles sous le prisme des jeux de coalition. Ce jeu tend à former la grande coalition, qui se caractérise par le fait que tous les joueurs forment une coalition unique. Nous prouvons que ce jeu de coalition à un noyau non vide ce qui signifie que la grande coalition est stable. Dans une deuxième partie, nous analysons un problème important dans les réseaux propres qui consiste à éteindre les stations de base qui ne sont pas indispensables. Nous abordons ce problème de façon statistique, dans le cas de fournisseurs de services coopérant au moyen d’outils de jeux de coalition vus sous un angle de la géométrie stochastique. Le jeu coalitionnel considéré est joué par les fournisseurs de services qui collaborent à éteindre leurs stations de base. Nous avons analysé la stabilité de Nash qui est un concept utilisé pour les jeux de coalition hédoniques. Nous posons la question suivante: Existe-t-il une méthode de répartition de la fonction d’utilité qui se traduit par un partitionnement Nash-stable? Nous répondons à cette question dans la thèse. Nous démontrons que le noyau Nash-stable, défini comme l’ensemble des méthodes de répartition des couts conduisant à un partitionnement stable au sens de la stabilité de Nash. Nous considérons finalement les jeux liés à l’association des mobiles à un point d’accès. Le jeu consiste à décider à quel point d’accès un mobile doit se connecter. Nous considérons le choix entre deux points d’accès ou plus. Les décisions d’association dépendent du nombre de mobiles connectés à chacun des points d’accès. Nous obtenons de nouveaux résultats en utilisant des outils élémentaires de jeux de congestion et d’éviction. Nous étudions le problème de la sélection de partenaires dans le cas de constitution de binomes gagnant-gagnant, ou chacun des partenaires s’appuie sur l’autre pour sa propre transmission. Nous proposons d’assimiler la sélection des partenaires au problème classique en théorie des jeux de recherche stable de colocataire.

The term "green networking" refers to energy-efficient networking technologies and products, while minimizing resource usage as possible. This thesis targets the problem of resource allocation in small cells networks in a green networking context. We develop algorithms for different paradigms. We exploit the framework of coalitional games theory and some stochastic geometric tools as well as the crowding game model. We first study the mobile assignment problem in broadcast transmission where minimal total power consumption is sought. A green-aware approach is followed in our algorithms. We examine the coalitional game aspects of the mobile assignment problem. This game has an incentive to form grand coalition where all players join to the game. By using Bondareva-Shapley theorem, we prove that this coalitional game has a non-empty core which means that the grand coalition is stable. Then, we examine the cost allocation policy for different methods. In a second part, we analyze a significant problem in green networking called switching off base stations in case of cooperating service providers by means of stochastic geometric and coalitional game tools. The coalitional game herein considered is played by service providers who cooperate in switching off base stations. We observed the Nash stability which is a concept in hedonic coalition formation games. We ask the following question: Is there any utility allocation method which could result in a Nash-stable partition? We address this issue in the thesis. We propose the definition of the Nash-stable core which is the set of all possible utility allocation methods resulting in stable partitions obtained according to Nash stability. We finally consider games related to the association of mobiles to an access point. The player is the mobile which has to decide to which access point to connect. We consider the choice between two access points or more, where the access decisions may depend on the number of mobiles connected to each access points. We obtained new results using elementary tools from congestion and crowding games. Last but not least, we extend our work to cooperative transmissions. We formulate the partner selection problem in cooperative relaying based on a matching theoretic approach. Partner selection is described as a special stable roommate problem where each player ranks its partners by some criterion. We adapted Irving's algorithm for determining the partner of each player. We introduced a decentralized version of the Irving's algorithm.; Le terme "réseau vert" ou pour éviter une traduction directe, "réseau propre" repose sur la sélection de technologies et de produits réseaux économes en énergie, et grantissant un usage minimal des ressources (radio, bande passante,...) quand cela est possible. Cette thèse vise à étudier les problèmes d'allocation des ressources dans les petits réseaux de cellules dans un contexte de réseau propre. Nous développons des algorithmes pour différents paradigmes. Nos travaux reposent principalement sur le contexte de la théorie des jeux de coalition, mais également sur des outils de géométrie stochastique ainsi que d'un modèle de jeu de surpeuplement. Nous étudions tout d'abord le problème d'association de mobiles à des stations de base dans les applications de diffusion d'un flux commun, sous contrainte de minimisation de la consommation d'énergie totale: nos algorithmes suivent une approche préservant l'énergie. Nous examinons le problème d'association des mobiles sous le prisme des jeux de coalition. Ce jeu tend à former la grande coalition, qui se caractérise par le fait que tous les joueurs forment une coalition unique. En utilisant le théorème de Bondareva-Shapley, nous prouvons que ce jeu de coalition a un noyau non vide ce qui signifie que la grande coalition est stable. Ensuite, nous examinons la politique de répartition des coûts pour différentes méthodes. Dans une deuxième partie, nous analysons un problème important dans les réseaux propres qui consiste à étteindre les stations de base qui ne sont pas indispensables. Nous abordons ce problème de facon statistique, dans le cas de fournisseurs de services coopérant au moyen d'outils de jeux de coalition vus sous un angle de la géométrie stochastique. Le jeu coalitionnel considéré est joué par les fournisseurs de services qui collaborent à éteindre leurs stations de base. Nous avons analysé la stabilité de Nash qui est un concept utilisé pour les jeux de coalition hédoniques. Nous posons la question suivante: Existe-t-il une méthode de répartition de la fonction d'utilitè qui se traduit par un partitionnement Nash-stable? Nous répondons à cette question dans la thèse. Nous démontrons que le noyau Nash-stable, défini comme l'ensemble des méthodes de répartition des couts conduisant à un partitionnement stable au sens de la stabilité de Nash. Nous considérons finalement les jeux liés à l'association des mobiles à un point d'accès non plus dans le cas d'un broadcast, mais dans le cas général. Le jeu consiste à décider à quel point d'accès un mobile doit se connecter. Nous considérons le choix entre deux points d'accès ou plus. Les décisions d'association dépendent du nombre de mobiles connectés à chacun des points d'accès. Nous obtenons de nouveaux résultats en utilisant des outils élémen taires de jeux de congestion et déviction. Enfin, nous nous intéressons aux transmissions coopératives. Nous étudions le problème de la sélection de partenaires dans le cas de constitution de binomes gagnant-gagnant, ou chacun des partenaire s'appuie sur l'autre pour sa propre transmission. Nous proposons d'assimiler la sélection des partenaires au problème classique en théorie des jeux de recherche stable de colocataire où chaque joueur établi une liste de préférence parmi les partenaires possibles; Nous adaptons l'algorithme de Irving pour déterminer le partenaire de chaque joueur et nous introduisons une version décentralisée de l'algorithme de Irving.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2009, Bu çalışmada, yeni işbirlikli çeşitleme protokolleri önerilmiştir. Toplamsal modülasyonlu işbirlikli iletimin klasik çöz-ve-aktar iletim tekniği ile arasındaki farklar üzerinde durulmuş ve başarımları karşılaştırılmıştır. Her iki iletimin kuramsal servis-dışı kalma olasılıkları ve çeşitleme düzeyleri hesaplanmış, bilgisayar benzetimleriyle hata başarımları değerlendirilmiştir. Çok-kullanıcılı durumda toplamsal modülasyonlu işbirlikli iletim tanıtılmış ve servis-dışı kalma olasılığı ile birlikte işaret uzayının döndürülmesiyle elde edilen başarım artışı karşılaştırılmıştır. Toplamsal modülasyonlu işbirlikli iletime artımlı aktarım uygulayarak yeni bir işbirlikli çeşitleme protokolü önerilmiş ve bu protokol artımlı toplamsal modülasyonlu işbirlikli iletim şeklinde adlandırılmıştır. Artımlı toplamsal modülasyonlu işbirlikli iletimin servis-dışı kalma olasılığı hesaplanmış, toplamsal modülasyonlu işbirlikli iletimden daha yüksek SNR kazancı sağladığı ve düşük işaret-gürültü oranlarında daha yüksek çeşitleme kazancı sağladığı gösterilmiştir. Çok-kullanıcılı durum için artımlı toplamsal modülasyonlu işbirlikli iletimin SNR kazancı bağlamında büyük avantajlar sağladığı kuramsal servis-dışı kalma olasılığı ve bilgisayar benzetimi ile elde edilen başarım sonuçlarıyla ortaya konmuştur., In this study, novel cooperative diversity protocols are proposed. The differences between superposition modulated cooperative transmission and classical decode-and forward transmission are dealt with, and their performances are compared. Theoretical outage probability and diversity order of both schemes are computed and the performance results are compared by computer simulations. Moreover, the multiuser system model and its outage probability analysis of superposition modulated cooperative transmission are considered, and the performance results obtained by constellation rotation are presented. A novel cooperative diversity protocol is suggested, which combines incremental relaying and superposition modulated cooperative transmission. It is called as incremental superposition modulated cooperative transmission. The outage probability of incremental superposition modulated cooperative transmission is derived, and it is shown that it brings significant SNR gain and more diversity order in low SNR values compared to classical superposition modulated cooperative transmission. Furthermore, the multi-user scheme for incremental superposition modulated cooperative transmission is also proposed. It is shown by outage probability analysis and performance results obtained by computer simulations that incremental superposition modulated cooperative transmission brings significant gain in terms of SNR for the multiuser case., Yüksek Lisans, M.Sc.